Coefficient vide

En génie atomique , le coefficient de vide de (plus correctement appelé le " de ; coefficient vide de reactivity" ; ) est un nombre qui peut être employé pour estimer combien la réactivité d'un réacteur nucléaire change pendant que les vides (bulles de vapeur) forment en modérateur de réacteur ou liquide réfrigérant . La réactivité , dans le sens de génie atomique (ne pas être confondu avec réactivité chimique , bien que les similitudes existent), mesure le degré de changement de la multiplication de neutron de dans un coeur de réacteur. La réactivité est directement liée à la tendance du coeur de réacteur au niveau de puissance de changement : si la réactivité est positive, la puissance de noyau tend à augmenter ; si elle est négative, la puissance de noyau tend à diminuer ; si la réactivité est zéro, la puissance de noyau tend à demeurer stable. Il est important de noter que la réactivité par elle-même ne détermine pas le degré en lequel un coeur de réacteur change réellement son rendement de puissance thermique : il détermine la tendance pour que le noyau change, et donc il dicte la quantité de réactivité de signe opposé qui doit être appliquée par le système de contrôle de réacteur afin de n'apporter un niveau de puissance désiré changer (ou aucune modification de niveau de puissance du tout). Il peut être comparé à la réaction d'une automobile aux forces de frottement externes et internes pendant que des conditions autour de lui changement, et donc les contre-mesures correspondants que le conducteur s'applique (habituellement subconscient) pour maintenir la vitesse de route ou pour exécuter une manoeuvre désirée.

La réactivité est affectée par beaucoup de facteurs, y compris le liquide réfrigérant/la température et densité de modérateur, la température et la densité de carburant, et la température et la densité structurales. La réactivité nette dans un réacteur est le total de somme de toutes ces contributions, dont le coefficient vide est mais un. Les réacteurs en lesquels le modérateur ou le liquide réfrigérant est un liquide typiquement auront une valeur vide de coefficient qui est négative (si le réacteur est sous-modéré) ou le positif (si le réacteur est surmodéré). Les réacteurs en lesquels ni le modérateur ni le liquide réfrigérant n'est un réacteur de liquide (par exemple, graphite-modérée, refroidi à gaz) auront une valeur vide de coefficient égale à zéro.

Explication

Les réacteurs de la fission nucléaire fonctionnent sur les réactions en chaîne nucléaire dans lesquelles chaque noyau qui subit la chaleur et des neutrons de dégagements de fission. Chaque neutron peut effectuer un autre noyau et le faire subir la fission. La vitesse de ce neutron affecte sa probabilité de causer la fission additionnelle, de même que fait la présence du matériel de neutron-absorption. En particulier, les neutrons lents plus facilement sont absorbés par les noyaux fissiles que les neutrons rapides ainsi un modérateur de neutron de qui ralentit des neutrons augmenteront la réactivité d'un réacteur nucléaire. D'une part, un absorbant de neutrons diminuera la réactivité d'un réacteur nucléaire. Ces deux mécanismes sont employés pour commander le rendement de puissance thermique d'un réacteur nucléaire.

Afin de maintenir un réacteur nucléaire intact et fonctionnant, et extraire la puissance utile à partir de lui, un système de refroidissement doit être employé. Quelques réacteurs circulent à eau sous pression, certains emploient le métal liquide , tel que le sodium , NAK , fil , ou mercure ; d'autres emploient des gaz (voir le réacteur refroidi à gaz avancé par ). Si le liquide réfrigérant est un liquide, il peut bouillir si la température à l'intérieur du réacteur s'élève. Ceci qui bout mène aux vides de à l'intérieur du réacteur. Les vides peuvent également former si le liquide réfrigérant est perdu du réacteur dans une certaine sorte d'accident (appelé une perte de d'accident de liquide réfrigérant , qui a d'autres dangers). Quelques réacteurs fonctionnent avec le liquide réfrigérant dans un état constant d'ébullition, using la vapeur produite pour tourner des turbines.

Le liquide de liquide réfrigérant peut agir en tant qu'absorbant de neutrons ou comme modérateur de neutron. Dans l'un ou l'autre cas, la quantité de vide à l'intérieur du réacteur peut affecter la réactivité du réacteur. Le changement de la réactivité provoquée par un changement des vides à l'intérieur du réacteur est directement proportionnel au coefficient de vide de .

Un coefficient vide positif signifie que la réactivité augmente à mesure que le contenu vide à l'intérieur des augmentations de réacteur dues à la plus grande ébullition ou perte de liquide réfrigérant ; par exemple, si le liquide réfrigérant agit en tant qu'absorbant de neutrons. Si le coefficient vide est assez grand et les systèmes de contrôle ne répondent pas assez rapidement, ceci peut former une boucle de la rétroaction positive qui peut rapidement bouillir tout le liquide réfrigérant dans le réacteur. Ceci s'est produit dans l'accident de Chernobyl de .

Un coefficient vide négatif signifie que la réactivité diminue à mesure que le contenu vide à l'intérieur du réacteur augmente - mais il signifie également que la réactivité augmente si le contenu vide à l'intérieur du réacteur est réduit. Dans des réacteurs à l'eau bouillante avec de grands coefficients vides négatifs, une élévation soudaine de pression (provoquée, par exemple, par la fermeture non planifiée d'une valve de steamline) aura comme conséquence une diminution soudaine de contenu vide : la pression accrue fera condenser certaines des bulles de vapeur (" ; collapse" ;); et le rendement thermique augmentera probablement jusqu'à ce qu'il soit terminé par des systèmes de sûreté, par la formation vide accrue due à la puissance plus élevée, ou, probablement, par les échecs de système ou de composant qui soulagent la pression, entraînant le contenu vide augmenter et actionner pour diminuer. D'une part, si un réacteur est conçu pour fonctionner sans des vides du tout, un grand coefficient vide négatif peut servir de système de sûreté. Une perte de liquide réfrigérant dans un tel réacteur diminue le rendement thermique, mais naturellement la chaleur qui est produite n'est plus enlevée, ainsi la température peut monter dangereusement.

Ainsi un grand coefficient vide de l'un ou l'autre signe peut être dangereux et peut exiger des systèmes de contrôle plus soigneux et rapide-agissants. Beaucoup de réacteurs sont conçus pour avoir en tant que petit un coefficient vide comme possible. Les réacteurs refroidis à gaz n'ont pas des issues avec des vides formant, mais peuvent avoir des problèmes plus graves d'autres sortes.

Conceptions de réacteur

les réacteurs à eau de ébullition ont généralement des coefficients vides de négatif, et dans l'opération normale le coefficient vide négatif permet à la puissance de réacteur d'être ajustée en changeant le taux d'écoulement d'eau par le noyau. Cependant, le coefficient vide négatif peut causer une augmentation non planifiée de puissance de réacteur des événements (tels que la fermeture soudaine d'une valve de steamline) où la pression de réacteur est soudainement augmentée. En outre, le coefficient vide négatif peut avoir comme conséquence des oscillations de puissance en cas d'une réduction soudaine de débit dans le coeur, tel que pourrait être cause par un échec de pompe de recyclage. Des réacteurs à eau de ébullition sont conçus pour s'assurer que le taux d'élévation de pression d'une fermeture soudaine de valve de steamline est limité aux valeurs acceptables, et ils incluent les systèmes de sûreté multiples conçus pour s'assurer que n'importe quelle puissance de réacteur soudaine augmente ou des oscillations instables de puissance sont terminées avant que le carburant ou les dommages sifflants puisse se produire.
Les réacteurs à eau sous pression fonctionnent sans des vides du tout, et l'eau sert de modérateur et de liquide réfrigérant. Ainsi un grand coefficient vide négatif s'assure que si les ébullitions de l'eau ou est perdues le rendement de puissance se laisseront tomber.
Les réacteurs du CANDU ont des coefficients vides de positif qui sont assez petits que les systèmes de contrôle peuvent facilement répondre au liquide réfrigérant de ébullition avant que le réacteur atteigne les températures dangereuses.
Les réacteurs du RBMK , tels que les réacteurs à Chernobyl, ont un coefficient vide positif dangereusement élevé. C'était nécessaire pour que le réacteur coure sur l'uranium unenriched et pour n'exige aucune eau lourde .
Les surrégénérateurs rapides n'emploient pas des modérateurs, puisqu'ils fonctionnent sur les neutrons rapides mais le liquide réfrigérant (souvent fil ou sodium ) peut servir d'absorbant de neutrons.
Les réacteurs de Magnox , les réacteurs refroidis à gaz avancés par et les réacteurs de lit de caillou de sont refroidis à gaz et ainsi les coefficients de vide ne sont pas une issue. En fait, certains peuvent être conçus de sorte que la perte totale de liquide réfrigérant ne cause pas la fusion de noyau même en l'absence des systèmes de contrôle actifs. Comme avec n'importe quelle conception de réacteur, la perte de liquide réfrigérant est seulement une de beaucoup d'échecs possibles qui pourraient potentiellement mener à un accident.

Voir également

Accident de Chernobyl de - produit quand un réacteur RBMK-1000 a surchauffé ; son grand coefficient vide positif est pensé pour avoir été un facteur.
Modérateur de neutron de

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